国家磁约束核聚变能发展研究专项2014年项目申报指引和申报要求

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国家磁约束核聚变能发展研究专项

2014年项目申报指南和申报要求

一、项目指南

1. EAST内部部件实时检测、分析及快速更换关键技术

通过对三维磁场下粒子轨迹、以及与第一壁材料相互作用的模拟，预测可能的损伤和燃料滞留，发展在真空环境下对东方超环（EAST）内部部件表面形貌的实时监测、表面损失的实时分析、表面损伤小部件快速更换的方法、技术。实现在实验期间，等离子体放电中、放电间的实时测量，以及损伤小部件的智能快速更换。

2. HL-2M装置大功率低杂波系统技术研究

在中国环流器二号M装置（HL-2M）上建成2MW长脉冲低杂波系统，发展高功率相控阵列天线技术，高功率微波传输及测量技术，多管高压平衡与微波输出功率平衡以及快速保护技术。针对HL-2M装置放电特点，优化低杂波系统设计，实现低杂波与等离子体的高效耦合。重点在国内形成3.7GHz大功率微波部件的设计、加工和测试能力，接近或达到国际先进水平。

3. 支持远程参与的稳态先进控制和数据采集系统

针对EAST稳态运行发展新的动力学控制算法，实现先进等离子体位形（如雪花偏滤器位形）的控制，研究先进的支持远程参与和稳态高参数条件下的稳态等离子体控制技术并开展实验研究。发展未来跨洋海量数据的传输、储存、可视化和虚拟化技术，实现准实时的海量数据分析和存储；支持远程国际参与的实验和数据模拟；研究在大规模国际合作的环境中有效的数据存储和数据安全。

4. 聚变材料研究用小型高通量高能氘铍中子源关键问题

针对磁约束核聚变工程用材料的筛选与快速评估，开展小型高通量高能氘铍中子源关键技术研究，包括：通过对超导加速器的束流输运和系统耦合的研究，研制高效、稳定、低束流损失的低β超导加速模块；研制安全、稳定、可靠运转的新型铍靶系统，并探索新型的靶材料；对小型大通量高能氘铍中子源进行整体模拟研究和参数优化设计。

5. CFETR超导模型线圈的关键技术

针对中国聚变工程实验堆（CFETR）超导磁体的关键科学和技术问题，开展对模型线圈的设计与分析、绕制、热处理、绝缘等关键技术问题研究，完成模型线圈的研制。开展针对CFETR实验运行条件下大电流、高磁场变化率条件下的

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高性能Nb3Sn超导磁体系统的性能分析研究，开展超导磁体的失效及退化特性、失超检测与保护、交流损耗等方面的实验研究。

6. 长脉冲H模的实现、控制及相关机理

针对未来ITER 400秒高约束模式（H-模）物理实验，在EAST托卡马克上利用长脉冲中性束注入（NBI）、离子回旋、低杂波等手段，实现稳定、重复的长脉冲I类H模。探索高效稳态加料和粒子排除方法，探索实现低第一壁燃料滞留技术，发展稳定可靠的I类H模的控制技术，实现百秒量级I类H模放电和长时间稳定边缘局域模（ELM）控制，并开展长脉冲H 模条件下的物理过程和相关机理研究。

7. 新经典撕裂模的主动控制关键技术和实验研究

针对未来ITER高比压下新经典撕裂模（NTM）控制的关键科学和技术问题，发展与NTM不稳定性研究相关的高时空分辨的先进诊断方法和微波发射技术；开展高比压和密度极限下NTM特征、激发阈值和种子磁岛的实验研究及其理论和数值分析；发展具有自主产权的包括旋转效应的NTM模拟代码；采用电子回旋加热及其电流驱动探索反馈控制NTM的方法，实现对NTM的主动控制；为未来ITER标准运行方案实现高比压稳态放电提供参考方案。

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8. 托卡马克等离子体输运

等离子体输运决定约束性能，输运的物理机制是当前磁约束聚变研究和ITER实验的核心课题之一。需要解决的关键科学问题包括：（1）在高参数下，决定输运的各种不稳定性和流的物理特性及输运垒的形成机理；（2）在电子或离子加热条件下的粒子对流特性；（3）粒子和杂质输运的控制方法；（4）等离子体旋转及其对质量和能量输运及约束的影响。基于HL-2A/M装置，研发能够探测不同尺度湍流的诊断；发展激光吹气等调制技术，精确测量粒子和杂质输运系数；与实验配合，开展理论和数值模拟研究；为未来ITER运行实验提供重要数据和参考。

9. 面向燃烧等离子体的诊断研究

在国内大型托卡马克装置上开展面向燃烧等离子体的诊断技术和方法研究，系统应具备抗中子、伽马射线辐射的能力和综合诊断能力，以满足聚变堆环境下诊断需求。在消化吸收ITER诊断技术的基础上，研发一系列诊断系统，使之具备对高温高密度等离子体关键参数进行时空测量的能力；探索利用聚变产物对燃烧等离子体关键参数进行测量的诊断方法。系统包括：聚变产物的测量；等离子体密度和温度的测量；等离子体动量、电流密度等的测量；以及对等离子体参数进行综合诊

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断的能力等。

10. CFETR设计软件的集成及堆芯参数的优化

针对CFETR的科学目标和试验运行条件，建立堆芯设计、燃料增殖、关键系统和部件设计、造价和运行经济性评估等各个环节的设计优化程序，并深入研究这些设计环节之间的相互约束关系，基本完成设计软件的系统集成。深入开展堆芯等离子体参数的方案选择和参数优化，发展出较为完整的磁约束聚变堆集成设计软件。

11. 聚变堆固态氚增殖剂堆内辐照性能研究

针对CFETR及未来DEMO堆对固态氚增殖剂相关辐照及产氚性能的需求，建成聚变堆固态氚增殖剂堆内在线产氚与辐照考核实验研究平台，重点开展固态氚增殖剂性能综合评价，固态氚增殖剂反应堆中子辐照产氚性能研究，固态氚增殖剂堆内辐照工艺研究，固态氚增殖剂辐照损伤研究和固态氚增殖剂热工水力学性能研究，获得固态氚包层及提氚系统设计所需的关键工艺参数，构建固态氚增殖剂的关键性能数据库，获得球床结构和热工水力学设计参数，给出氚增殖剂及球床的设计准则。

12. 聚变核安全与辐射防护关键技术

基于聚变核安全及辐射防护的特殊性以及重要性，全面吸

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收和消化ITER安全分析与许可证技术相关资料，建立相应的实验平台与测试台架，重点开展材料辐照安全特性研究，聚变堆辐射防护技术研究，聚变氚安全技术研究，热工及流体安全性研究，力学与结构安全研究，得到氚去污及聚变核安全与辐射防护关键参数，制定出屏蔽设计准则及辐射防护与管理规范，基本形成我国聚变核安全分析评价体系。

13. 针对未来聚变堆的关键技术与基础、理论研究

以我国未来CFETR需求为背景，从事关键技术、方法、工艺和基础、理论研究，培养人才队伍，为未来我国建堆做好理论与模拟、科学实验、工程与技术和人才储备。重点研究先进托卡马克等离子体基础物理问题、等离子体不稳定机理及控制问题、聚变材料与部件材料制备新方法、燃料在第一壁材料中的滞留特性、材料辐照损伤及表征，聚变先进制造技术、包层热工设计与安全分析评价、磁约束核聚变重要数据库、超导磁体技术关键问题、聚变关键部件以及重要加热与诊断系统中关键器件等基础科学与技术研究。

14. 磁约束聚变物理前沿基础问题

针对磁约束聚变前沿物理问题及未来ITER物理实验的重要内容，开展物理理论、实验分析、数值模拟、诊断探测等方面的研究。鼓励新概念、新方法的探索研究，鼓励开展广泛的

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